专利名称：采用点火室燃烧系统的直喷式发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用点火室燃烧系统的直喷式发动机，其属于发动机燃料喷射、 混合气形成和燃烧领域。
背景技术：
应用稀薄燃烧策略的缸内直喷火花点火发动机(如直喷汽油机和直喷天然
气发动机等)由于具有良好的燃料经济性，瞬态响应性及冷启动时的HC排放， 因而成为目前发动机燃烧领域的研究热点。但是，由于采用较大的空燃比,也带 来了发动机的着火稳定性变差，火焰传播减慢，运转不稳定等问题。为解决以 上问题，需要在点火时刻在火花塞周围形成易于点燃的适当浓度的混合气，同 时在燃烧室其它区域形成稀薄混合气，即所谓的分层燃烧技术。然而目前已有 的燃烧系统很难保证在不同的工况下都能形成稳定的分层混合气。
发明内容
为了保证可靠点火和提高火焰传播的稳定性，并进一步扩大直喷点燃式发 动机的稀薄燃烧范围，提高热效率，降低排放，本发明提出了一种采用点火室 燃烧系统的直喷式发动机，该发动机将火花塞和燃料喷嘴置于在气缸盖上一个 点火室中。根据在不同的曲轴转角下，缸内的气流运动和缸内压力不同对喷雾 形状有较大影响的原理，选择在适合的时刻进行燃料喷射，来保证稳定可靠的 点火和火焰传播，以期进一步扩大发动机的稀薄燃烧范围及加快缸内燃烧速度， 提高发动机的热效率。可靠的点火和稳定快速的火焰传播可以使发动机平稳地 运行于更低的怠速转速，使车辆在城市工况下运行时产生比较明显的节能效果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种采用点火室燃烧系统的直 喷式火花点火发动机，在气缸盖中设有一个装有火花塞的点火室， 一个安装于
点火室内的燃料喷嘴的喷射方向指向点火室与主燃烧室相连接的通道口；燃料
喷嘴在每一工作循环的燃料总喷射量等于点火室浓度控制量和主喷射量之和， 当燃料喷嘴采用一次喷射时，该次喷射为点火室浓度控制量喷射，当燃料喷嘴 采用多于一次喷射燃料时，点火室浓度控制量采用一次喷射来完成，主喷射量
采用至少一次喷射来完成；燃料喷嘴喷射的是易于被火花塞点燃的液体燃料或
气体燃料。
所述点火室浓度控制量由燃料喷嘴在发动机压縮冲程的后期喷射。对于四冲 程发动机，所述主喷射量由燃料喷嘴在发动机排气阀关闭后的进气冲程或压縮 冲程的前期喷射。对于二冲程发动机，所述主喷射量由燃料喷嘴在发动机压縮 冲程的前期喷射。
上述技术方案的指导思想是缸内压力和缸内气流运动对喷雾的形状和贯穿 距有着直接的影响。在缸内压力比较低的时候(对于一般四冲程发动机来说， 在排气阀关闭后的进气冲程以及压縮冲程初期；对于一般二冲程发动机来说，
扫气过程后期或完成后和压縮过程初期)，喷雾会拥有较长的贯穿距。在缸内压 力较高，并有强烈的挤流(和点火室与主室的容积比有关)冲向点火室的时候 (压縮冲程的末期)，喷雾会拥有比较短的贯穿距。基于以上事实，在气缸盖上 设置一个点火室，将火花塞和燃料喷嘴放置于其中，点火室与主燃烧室由一通
道相连接；采用燃料喷嘴(多孔喷嘴或旋流喷嘴)进行一次或多次喷射。根据
各次喷射的作用不同，将其分为点火室浓度控制量喷射和主喷射。点火室浓度
控制量喷射每循环只进行一次，主喷射可根据需要进行一次或多次，怠速工况
可不进行主喷射。主喷射量根据工况变化，其作用是满足工况负荷要求；点火
室浓度控制量根据压入点火室内混合气中燃料量确定，保证在不同的工况下喷
射到点火室中的燃料能够在压入点火室的混合气中扩散雾化形成适宜点燃的混
合气。点火室内混合气被火花塞点燃后，以较高的速度喷入主燃烧室，对主燃
烧室内混合气具有一定的扰动作用，有利于火焰的扩散和加速燃烧速度，进而 提高热效率。
从排气阀关闭到压縮冲程上止点，将燃料分为若干次喷射，在缸内压力低， 点火室通道处气流比较弱时进行主喷射，由于气流对喷雾影响小，燃料进入主
燃烧室；在缸内压力大，点火室通道处气流比较强时进行点火室浓度控制量喷
射，由于气流对喷雾影响大，并且通道处挤流方向和喷射方向相反，燃料不能 喷出点火室。通过优化主喷射量、浓度控制量、主喷射时刻、浓度控制量喷射 时刻等参数来满足工况要求，又使点火室内部混合气的浓度保持在容易点燃的 范围之内。由于点火室内混合气浓度处于容易点燃的范围，在火花塞点火时易 于形成稳定的火核，这样就保证了发动机可靠着火。在发动机的火焰传播过程 中，由于点火室与主燃烧室之间的流通面积较小，使点火室内部的火焰以比较 大的速度冲入主燃烧室，以较大的火焰锋面点燃主燃烧室内的混合气，加快其 燃烧速度，使燃烧更趋近于等容放热，提高了热效率。
本发明的有益效果是由于这种直喷式发动机采用了一次或一次以上的燃 料喷射方式，每一工作循环喷射燃料的总量为点火室浓度控制量或再加上一次 或数次主喷射量，以保证点火室内的混合气空燃比在容易点燃的范围内，这样 使得着火稳定可靠，火焰传播快速稳定。利用点火室燃烧系统及与其相配合的 燃料喷射方法，使得主燃烧室的设计只需考虑主燃烧室内的混合气分布，减少 了对火花塞附近混合气浓度的考虑，降低了主燃烧室的设计复杂程度，为组织 更合理的燃烧奠定了基础。点火室内混合气被点燃后，以较高的速度喷入主燃 烧室，其扰动作用有利于燃烧的快速扩散，有利于进一步扩大发动机的稀薄燃 烧范围及加快缸内燃烧速度，提高发动机的热效率。可靠的点火和稳定快速的 火焰传播可以使发动机平稳地运行于更低的怠速转速，使车辆在城市工况下运 行时产生比较明显的节能效果。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是发动机燃烧系统基本结构示意图。
图2是进气冲程后期主喷射示意图。
图3是压縮冲程初期主喷射示意图。
图4是压縮冲程后期点火室浓度控制量喷射示意图。
图中1、点火室，2、燃料喷嘴，3、火花塞，4、主燃烧室，5、活塞，6、
主喷束，7、点火室浓度控制量喷束，8、气流。
具体实施例方式
图1所示，在直喷点燃式发动机的气缸盖上设置了一个点火室l，将火花塞 3和燃料喷嘴(多孔喷嘴或旋流喷嘴)2放置其中，喷射方向指向点火室l的通 道口。结合发动机缸内的气流运动，在发动机的排气阀关闭到压缩上止点期间 进行一次或一次以上喷射，通过选择合适的喷射定时，在缸内压力大，点火室 通道处气流比较强时进行一次点火室浓度控制量喷射，在气流的作用下使燃料 停留在点火室内，而不进入主燃烧室。在缸内压力小，点火室通道处气流比较 弱时进行一次或多次主喷射，由于气流对喷束的作用小，使得燃料直接进入主 燃烧室。这样通过控制喷入点火室的燃料量的多少，使点火室内混合气的浓度 不随工况的变化而变化，进而保证点火的稳定性。
在缸内压力较低，喷孔到点火室l通道处气流比较弱时进行主喷射， 一般 在发动机排气阀关闭后的进气冲程和压縮冲程前期。如图2所示，发动机处于 进气冲程时，因为缸内压力低、密度小，且点火室通道处的速度低，所以点火 室通道处及点火室内部的气流较弱，此时进行主喷射的主喷束6受气流作用小， 直接喷入主燃烧室。同理，在压縮初期，主喷射的主喷6也可直接喷入主燃烧 室，如图3所示。
在缸内压力大，点火室通道处气流比较强时，进行点火室浓度控制量喷射， 一般在发动机压縮冲程末期进行。如图4所示在压縮冲程后期，因为缸内压 力高、密度大，且点火室通道处及点火室内部的气流(挤流)速度高，所以气 流强度较大，此时喷射的点火室浓度控制量喷束7受气流8作用，不能喷入主 燃烧室，而喷入点火室，且受强挤流的作用，迅速扩散至整个点火室。
根据不同工况要求，可以灵活组织燃料喷射。具体采用的喷射方式，可以 是一次点火室浓度控制量喷射，也可以是一次点火室浓度控制量喷射和至少一 次主喷射。
图1至图4是以四冲程点燃式发动机为例，对于不同气阀数及二冲程发动 机，上述燃料喷射方法同样适用，只是需要在缸头处把点火室、火花塞、燃料
喷嘴做适当布置。
上述发动机适于燃用多种燃料，包括液体燃料(如汽油、乙醇)和气体燃 料(如压縮或液化天然气、液化石油气)。对于不同燃料，只需根据燃料本身的 理化特性，对喷射方法作适当调整即可。
权利要求
1、一种采用点火室燃烧系统的直喷式发动机，其特征是在气缸盖中设有一个装有火花塞(3)的点火室(1)，一个安装于点火室(1)内的燃料喷嘴(2)的喷射方向指向点火室(1)与主燃烧室(4)相连接的通道口；燃料喷嘴(2)在每一工作循环的燃料总喷射量等于点火室浓度控制量和主喷射量之和，当燃料喷嘴(2)采用一次喷射时，该次喷射为点火室浓度控制量喷射(7)，当燃料喷嘴(2)采用多于一次喷射燃料时，点火室浓度控制量(7)采用一次喷射来完成，主喷射量(6)采用至少一次喷射来完成；燃料喷嘴(2)喷射的是易于被火花塞(3)点燃的液体燃料或气体燃料。
2、 据权利要求1所述的采用点火室燃烧系统的直喷式发动机，其特征是所述点火室浓度控制量由燃料喷嘴(2)在发动机压縮冲程的后期喷射。
3、 据权利要求l所述的采用点火室燃烧系统的直喷式发动机，其特征是对于四冲程发动机，所述主喷射量(6)由燃料喷嘴(2)在发动机排气阀关闭后 的进气冲程或压縮冲程的前期喷射。
4、 据权利要求l所述的采用点火室燃烧系统的直喷式发动机，其特征是对于二冲程发动机，所述主喷射量由燃料喷嘴(2)在发动机压縮冲程的前期喷射。
全文摘要
一种采用点火室燃烧系统的直喷式发动机，其属于发动机燃料喷射和燃烧领域。该发动机在气缸盖中设有一个装有火花塞的点火室，一个安装于点火室内的燃料喷嘴的喷射方向指向点火室与主燃烧室相连接的通道口；燃料喷嘴在每一工作循环的燃料总喷射量等于点火室浓度控制量和主喷射量之和。燃料喷嘴在每一工作循环内，根据发动机的工况，在合适的时刻进行一次或一次以上喷射，以形成易于火花塞点燃和适于火焰传播的混合气。喷入到主燃烧室内的火焰的扰动作用有利于燃烧的快速扩散，以加快缸内燃烧速度，提高发动机的热效率。可靠的点火和稳定快速的火焰传播可以使发动机平稳地运行于更低的怠速转速，使车辆在城市工况下运行时产生比较明显的节能效果。
文档编号F02B23/10GK101387219SQ20081022829
公开日2009年3月18日 申请日期2008年10月24日 优先权日2008年10月24日
发明者磊 付, 冯立岩, 冷先银, 夏美艳, 杜宝国, 田江平, 隆武强, 齐鲲鹏 申请人:大连理工大学